神経細胞老化の機序の解明;タンパクの酸化修飾による不活化と高次構造変化

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13670684
• Research Institution: NATIONAL INSTITUTE FOR LONGEVITY SCIENCES
• Principal Investigator: 丸山 和佳子 国立療養所中部病院, 長寿医療研究センター・老化機構研究部, 室長 (20333396)
• Keywords: パーキンソン病 / ミトコンドリア / プロテアソーム / 酸化修飾たんぱく / 診断マーカー / たんぱく凝集 / プロテオーム解析 / 酸化ストレス

Research Abstract

ヒト神経芽細胞腫であるSH-SY5Y細胞をミトコンドリア呼吸鎖酵素complex Iの阻害剤であるrotenoneで処理し、5日から1週間で細胞死を惹起する慢性モデルを作成した。本モデルにおいては、細胞死に先立って酸化アルデヒドであるacroleinあるいはたんぱくの架橋反応生成物であるdityrosne修飾たんぱくの増加が認められ、その一部は凝集していた。このことは、たんぱくの酸化修飾がconformationの変化を介して凝集体形成の原因となることを示しており、老化に伴う神経変性疾患、特にパーキンソン病におけるLewy小体形成と細胞死の機序を解明する上で重要な知見と考えられる。さらに、本モデルを用いて細胞内酸化修飾たんぱく蓄積の機序を検討した。酸化修飾たんぱくの生成に関わる活性化酸素種(ROS)の増加は僅かであったのに対して、その分解系であるプロテアソームたんぱくの顕著な失活が認められた。これは、ミトコンドリア機能障害がプロテオアソームの不可逆的な酵素活性低下を引き起こすことを示した世界で初めての研究である。現在、プロテアソーム失活の分子メカニズムを検討しているが、ここにもたんぱくの酸化修飾が中心的な役割を果たしているとの結果を得ている。一方、上記の結果をふまえてパーキンソン病およびアルツハイマー病の患者サンプルの分析を行った。プロテアソーム活性はパーキンソン病患者脳においては線条体で、アルツハイマー病脳においては側頭葉で低下しており疾患において変性をきたす脳の部位に一致していた。脳脊髄液の分析を行ったところ、パーキンソン病患者にのみ酸化修飾たんぱく陽性バンドの増加が認められ、これは未治療例においても確認できたことから、疾患の診断マーカーとなる可能性が示唆された。現在たんぱく同定を行っており、簡便なスクリーニング法を開発する予定である。

Research Products

• [Publications] M.Tanaka, N.Fuku, T.Takeyasu, LJ.Guo, R.Hirose M.Kurata, J.W.Borgeld, Y.Yamada, W.Maruyama, Y.Arai, N.Hirose, Y.Oshida, Y.Sato, N.Hattori, Y.Mizuno, S.Iwata, K.Yagi: "Golden Mean to Longevity : Rareness of Mitochondrial Cytochrome b Variants in Centenarians but Not in Patients with Parkinson's Disease"J. Neurosc. Res.. (印刷中).
• [Publications] N.Naoi, W.Maruyama, Y.Akao, H.Yi: "Mitochondria determine the survival and death in apoptosis by an endogenous neurotoxin, N-methyl(R)salsolinol, and neuroprotection by propargylamines"J. Neural Transm.. 109. 607-621 (2002)
• [Publications] Y.Akao, W.Maruyama, H.Yi, M.Shamoto-Nagai, M.B.H.Youdim, M.Naoi: "An anti-Parkinson's disease drug, N-propargyl-I(R)-aminoindan (rasagiline), enhances expression of anti-apoptotic Bcl-2 in dopaminergic SH-SY5Y cells"Neurosci. Lett.. 326. 105-108 (2002)
• [Publications] Y.Akao, W.maruyama, S.Shimizu, H.Yi, Y.Nakagawa, M.Shamoto-Nagai, M.B.H.Youdim, Y.Tsujimoto, M.Naoi: "Mitchondrial Permeability Transition Mediates Apoptosis Induced by N-Methyl(R)salsolinol, An Endogenous Neurotoxin, and Is Inhibited by Bcl-2 and Rasagiline, N-Propargyl-I(R)-aminoindan"J. Neurochem.. 82. 913-923 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, Y.Akao, M.C.Carrillo, K.Kitani, M.B.H.Youdim, M.Naoi: "Neuroprotection by Propargylamines in Parkinson's Disease : Suppression of Apoptosis"Neurotoxcol. Teratol.. 24. 675-682 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, T.Takahashi, M.Youdim, M.Naoi: "The anti-parkinson drug, rasagiline, prevents apoptotic DNA, damage induced by peroxynitrite in human dopaminergic neuroblastoma SH-SY5Y cells"J. Neural Transm.. 109. 467-481 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, T.Ohya-Ito, M.Shamoto-Nagai, T.Osawa, M.Naoi: "Glyceraldehyde-3-phospate dehydrogenase is translocated into nuclei through Golgi apparatus during apoptosis induced by 6-hydroxydopamine in human dopaminergic SH-SY5Y cells"Neurosci. Lett.. 321. 29-32 (2002)
• [Publications] T.Yamamoto, W.Maruyama, Y.Kato, H.Yi, M.Shamoto-Nagai, M.Tanaka, Y.Sato, M.Naoi: "Selective nitration of mitochondrial complex I by peroxynitrite : Involvement in mitochondria dysfunction and cell death of dopaminergic SH-SY5Y cells"J. Neural Transm.. 109. 1-13 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子, 直井信, 赤尾幸博: "弧発性パーキンソン病のドパミン神経細胞死におけるミトコンドリアの役割"Progress in Medicine. 22. 2915-2918 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子, 直井信: "パーキンソン病におけるドパミン神経細胞死の機序に関する研究"Progress in Medicine. 22. 197-201 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, M.Naoi: "Cell death inn Parkinson's disease"Journal of Neurology. Suppl 2 249. 6-10 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子: "老化に伴うドパミン神経細胞死"基礎老化研究. 26(2). 146-151 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子, 直井信: "老化に伴うドパミン神経の選択的細胞死の機序"生体の科学. 53(2). 421-424 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子, 直井信: "パーキンソン病の原因とは何か"ケアスタッフ. 89-95 (2002)
• [Publications] 丸山和佳子, 直井信: "新しい神経保護療法の可能性"最新医学. 2. 308-313 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, A.A.Boulton, M.B.H.Youdim, M.Naoi: "Cathecolamine research"T.Nagatsu, T.Nabeshima, R.McCarty, D.G.Goldstein (eds) Kluwer Academic/Plenum Publisher, New York. 558 (2002)
• [Publications] M.Naoi, W.Maruyama: "Cathecolamine research"T.Nagatsu, T.Nabeshima, R.McCarty, D.G.Goldstein (eds) Kluwer Academic/Plenum Publisher, New York. 558 (2002)
• [Publications] W.Maruyama, T.Yamada, Y.Washimi, T.Kachi, N.Yanagisawa, F.Ando, H.Shimokata, M.Naoi: "Mapping the Progress of Alzheimer's and Parkinson's disease"Y.Mizuno (eds) Kluver Academic/Plenum Publisher, New York. 888 (2002)